EP1580402A1 - Turbomachine comprenant deux sous-ensembles assemblés sous contraint axiale - Google Patents

Turbomachine comprenant deux sous-ensembles assemblés sous contraint axiale Download PDF

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EP1580402A1
EP1580402A1 EP05290663A EP05290663A EP1580402A1 EP 1580402 A1 EP1580402 A1 EP 1580402A1 EP 05290663 A EP05290663 A EP 05290663A EP 05290663 A EP05290663 A EP 05290663A EP 1580402 A1 EP1580402 A1 EP 1580402A1
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annular
turbomachine
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turbomachine according
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Claude Lejars
Marica Mesic
Bruce Pontoizeau
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements

Definitions

  • the invention generally relates to a turbomachine, including a turbocharger charged with supplying combustion air, under pressure, to the combustion chamber of a jet engine. She more particularly a reinforcing enhancement sealing the junction between two subassemblies of such a machine, for example the junction under stress between a housing and a support fixed vanes of the stator.
  • the stator is assembled to an outer casing.
  • two subassemblies, of the housing and the stator are shaped to define between them an annular chamber in which is inserted a seal. This one takes support between two annular walls vis-a-vis belonging respectively to both subsets.
  • the two annular parts in contact of the two subsets are applied against each other with axial stress.
  • the constraint can be expressed in millimeters, this value designating the axial interference that would exist between the two subsets, if they were not in abeyance under duress. So far, relatively low constraints have been implemented, typically of the order of 0.3 mm. More recently, this constraint mounting was increased to 0.75 mm.
  • the chamber enclosing the seal may open under the effect of original deformations thermal. Moreover, in operation the seal undergoes deformations and wear and tear that can go as far as the loss of fragments that driven by the pressure difference, are caught between the facing the annular chamber. These faces are damaged and air leaks increase.
  • the object of the invention is to prevent the opening of the chamber avoid release of seal pieces and surface degradation against which he rests.
  • the invention relates to a turbomachine comprising at least two subassemblies assembled to one another and defining between them an annular chamber housing a joint sealing, characterized in that two annular parts in contact respectively belonging to the two subassemblies and defining room are urged towards each other, in a manner known per se, with axial constraint and in that an annular spacer is inserted between their abutting surfaces.
  • the constraint axial can be significantly increased. In particular, it can be between 1.5 and 3 mm.
  • a constraint value currently preferred is close to 2.25 mm.
  • This strong constraint to assembly allows to absorb variations of thermal origin and avoids the opening of the chamber and the destruction of the joint. This piece is little expensive and easy to change if it is damaged. Therefore, two subassemblies are protected and are not likely to be damaged.
  • the arrangement is such that the contact area between the two abutment subassemblies are increased. This results in a decrease in the pressure of matting and better behavior vis-à-vis relative displacements between the subsets.
  • the invention applies particularly to the connection between an outer casing and an element of stator carrying the blades of a turbocharger.
  • FIG. 1 and 2 there is shown a portion of a turbocharger 11 entering the constitution of an aircraft engine reactor.
  • Two subassemblies 14,16 are assembled under axial stress by defining between them an annular chamber 18 inside which is inserted a 20.
  • the subassembly 14 constitutes an outer casing while the subassembly 16 constitutes the support of a plurality of vanes 22 of the turbocharger.
  • the unrepresented blades are between the vanes fixed.
  • the support of fixed blades consists of several segments 26 assembled end to end, each segment carrying a series of fixed vanes. The entire support is fixed to an inner casing 27.
  • This inner casing this extends radially outward by three rings, a first ring 30 is fixed by a bolt assembly 31 to a first inner frame 32 of the housing outside, a second ring 34 comes to bear without constraint against a second frame 36 of the outer housing extending inwardly.
  • the third ring 37 is fixed by a set of bolts 38 to a inner chord 39 of the outer casing 14.
  • the second ring 34 has a flat annular surface 40 extending radially inward, extended by an axial cylindrical portion 42 supported by its circular field 43 against said second frame 36. More particularly, it comprises another surface annular flat 45 facing the crown, surmounted by a approximately tubular protuberance 46 covering with play an outer cylindrical portion of the second ring.
  • This arrangement therefore defines the annular chamber 18 inside which is installed the seal 20 which bears between the two flat surfaces 40, 45.
  • the sizing of the subassemblies 14, 16 is such that the assembly is carried out with a constraint caused by the This constraint is thus exerted between the field circular 43 of the second ring and the inner end of the surface plate 45 of the second chord.
  • the arrangement described so far is classic. However, the mounting stress was relatively low, of the order of 0.3 mm. In some cases, the constraint has been 0.75 mm without being able to completely solve the problem of leaks and the destruction of the joint, as explained above.
  • the invention appears in FIG. 3 and proposes to dispose of a annular spacer piece 50 between the abutting surfaces of the two subsets, that is to say here between the circular field 43 of the crown 34 and the circular end of the flat surface 45 of the chord 36.
  • This piece 50 makes it possible to increase the stress of mounting which can now be between 1.5 mm and 3 mm, typically around 2.25 mm.
  • the room tab 50 is shaped to increase the contact area to the end of at least one of the annular parts, here more particularly the flat surface 45 of said second chord 36.
  • the axial cylindrical portion 42 of the crown makes it possible to guide the positioning of the insert 50 because it comprises a cylindrical surface 52 fitting on said cylindrical portion 42.
  • the radial portion 54 of the intermediate piece bears against the surface plate 45 of said second chord.
  • the radial section of the intermediate piece 50 has therefore the shape of an L.
  • the insert can undergo a treatment of surface, before mounting, reinforcing its resistance. Treatment can particularly concerning the radial portion 54. It is therefore not necessary apply such treatment to the crown or chord.
  • insert 50a is extended by a deflector portion 56, to inside.
  • this part has a substantially conical shape.

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Abstract

Turbomachine comprenant deux sous-ensembles définissant entre eux une chambre annulaire abritant un joint d'étanchéité. Les deux sous-ensembles sont assemblés sous contrainte axiale en définissant une chambre annulaire (18) abritant le joint d'étanchéité (20) et une pièce intercalaire annulaire (50) est insérée entre les surfaces en aboutement des deux parties de la chambre annulaire. <IMAGE>

Description

L'invention se rapporte en général à une turbomachine, notamment un turbocompresseur chargé de fournir l'air comburant, sous pression, à la chambre de combustion d'un moteur d'avion à réaction. Elle concerne plus particulièrement un perfectionnement renforçant l'étanchéité de la jonction entre deux sous-ensembles d'une telle machine, par exemple la jonction sous contrainte entre un carter et un support d'aubes fixes du stator.
Dans un turbocompresseur du genre indiqué ci-dessus, le stator est assemblé à un carter extérieur. Pour éviter les fuites d'air, deux sous-ensembles, du carter et du stator, sont conformés pour définir entre eux une chambre annulaire dans laquelle est inséré un joint. Celui-ci prend appui entre deux parois annulaires en vis-à-vis appartenant respectivement aux deux sous-ensembles. Les deux parties annulaires en contact des deux sous-ensembles sont appliquées l'une contre l'autre avec contrainte axiale. La contrainte peut s'exprimer en millimètres, cette valeur désignant l'interférence axiale qui existerait entre les deux sous-ensembles, si ceux-ci n'étaient pas en aboutement sous contrainte. Jusqu'à présent, on a mis en oeuvre des contraintes relativement faibles, classiquement de l'ordre de 0,3 mm. Plus récemment, cette contrainte au montage a été portée à 0,75 mm.
Pendant certaines phases de fonctionnement, la chambre abritant le joint peut s'ouvrir sous l'effet de déformations d'origine thermique. Par ailleurs, en fonctionnement le joint subit des déformations et des usures qui peuvent aller jusqu'à la perte de fragments qui, entraínées par la différence de pression, viennent se coincer entre les faces en regard de la chambre annulaire. Ces faces sont endommagées et les fuites d'air augmentent.
L'invention a pour but d'éviter l'ouverture de la chambre pour éviter la libération de morceaux du joint et la dégradation des surfaces contre lesquelles il repose.
Plus particulièrement, l'invention concerne une turbomachine comprenant au moins deux sous-ensembles assemblés l'un à l'autre et définissant entre eux une chambre annulaire abritant un joint d'étanchéité, caractérisée en ce que deux parties annulaires en contact appartenant respectivement aux deux sous-ensembles et définissant ladite chambre sont sollicitées l'une vers l'autre, de façon connue en soi, avec contrainte axiale et en ce qu'une pièce intercalaire annulaire est insérée entre leurs surfaces en aboutement.
Lorsqu'une telle pièce intercalaire annulaire (dite pièce "martyre") est installée entre les deux sous-ensembles, la contrainte axiale peut être notablement augmentée. Elle peut notamment être comprise entre 1,5 et 3 mm. Une valeur de contrainte actuellement préférée est voisine de 2,25 mm. Cette forte contrainte au montage permet d'absorber les variations d'origine thermique et évite ainsi l'ouverture de la chambre et la destruction du joint. Cette pièce est peu coûteuse et facile à changer si elle est endommagée. Par conséquent, les deux sous-ensembles sont protégés et ne risquent plus d'être endommagés. L'agencement est tel que la surface de contact entre les deux sous-ensembles en aboutement est augmentée. Il en résulte une diminution de la pression de matage et un meilleur comportement vis-à-vis des déplacements relatifs entre les sous-ensembles. De plus, il est relativement facile de réaliser un traitement de surface de cette pièce intercalaire, améliorant sa résistance. L'invention s'applique tout particulièrement à la liaison entre un carter extérieur et un élément de stator portant les aubes fixes d'un turbocompresseur.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaítront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 est une vue schématique illustrant deux sous-ensembles assemblés et constituant une partie d'un turbocompresseur, l'assemblage étant classique, avec contrainte axiale au voisinage d'une chambre de joint ;
  • la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle de l'encadré 2 de la figure 1 ;
  • la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 illustrant le perfectionnement conforme à l'invention ; et
  • la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 illustrant une variante.
En considérant plus particulièrement les figures 1 et 2 relatives à l'art antérieur, on a représenté une partie d'un turbocompresseur 11 entrant dans la constitution d'un réacteur de moteur d'avion. Deux sous-ensembles 14,16 sont assemblés sous contrainte axiale en définissant entre eux une chambre annulaire 18 à l'intérieur de laquelle est inséré un joint 20. Le sous-ensemble 14 constitue un carter extérieur tandis que le sous-ensemble 16 constitue le support d'une pluralité d'aubes fixes 22 du turbocompresseur. Les aubes mobiles non représentées se situent entre les aubes fixes. Le support d'aubes fixes est constitué de plusieurs segments 26 assemblés bout à bout, chaque segment portant une série d'aubes fixes. L'ensemble du support est fixé à un carter intérieur 27. Ce carter intérieur ce prolonge radialement vers l'extérieur par trois couronnes annulaires, une première couronne 30 est fixée par un ensemble de boulon 31 à une première membrure interne 32 du carter extérieur, une seconde couronne 34 vient en appui sans contrainte contre une seconde membrure 36 du carter extérieur, s'étendant vers l'intérieur. La troisième couronne 37 est fixée par un ensemble de boulons 38 à une membrure interne 39 du carter extérieur 14.
Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 2, la seconde couronne 34 comporte une surface annulaire plate 40 s'étendant radialement vers l'intérieur, prolongée par une portion cylindrique axiale 42 prenant appui par son champ circulaire 43 contre ladite seconde membrure 36. Plus particulièrement, celle-ci comporte une autre surface annulaire plate 45 faisant face à celle de la couronne, surmontée d'une excroissance 46 approximativement tubulaire venant recouvrir avec jeu une partie cylindrique extérieure de la seconde couronne. Cet agencement définit donc la chambre annulaire 18 à l'intérieur de laquelle est installé le joint 20 qui prend appui entre les deux surfaces plates 40, 45. Comme mentionné ci-dessus, le dimensionnement des sous-ensembles 14, 16 est tel que le montage s'effectue avec une contrainte provoquée par le serrage des boulons 31. Cette contrainte s'exerce donc entre le champ circulaire 43 de la seconde couronne et l'extrémité intérieure de la surface plate 45 de la seconde membrure. L'agencement décrit jusqu'à présent est classique. Cependant, la contrainte de montage était relativement faible, de l'ordre de 0,3 mm. Dans certains cas, la contrainte a été portée jusqu'à 0,75 mm sans pouvoir complètement résoudre le problème des fuites et de la destruction du joint, comme expliqué ci-dessus.
L'invention apparaít sur la figure 3 et propose de disposer une pièce intercalaire annulaire 50 entre les surfaces en aboutement des deux sous-ensembles, c'est-à-dire ici entre le champ circulaire 43 de la couronne 34 et l'extrémité circulaire de la surface plate 45 de la membrure 36. La présence de cette pièce 50 permet d'augmenter la contrainte de montage qui peut dorénavant se situer entre 1,5 mm et 3 mm, typiquement aux environs de 2,25 mm. En effet, on voit que la pièce intercalaire 50 est conformée pour augmenter la surface de contact à l'extrémité d'au moins l'une des parties annulaires, en l'occurrence ici plus particulièrement la surface plate 45 de ladite seconde membrure 36. En outre, la portion cylindrique axiale 42 de la couronne permet de guider le positionnement de la pièce intercalaire 50 du fait que celle-ci comporte une surface cylindrique 52 s'ajustant sur ladite portion cylindrique 42. Une portion radiale 54 de la pièce intercalaire prend appui contre la surface plate 45 de ladite seconde membrure. Globalement, comme cela apparaít clairement sur la figure 3, la section radiale de la pièce intercalaire 50 a donc la forme d'un L. La pièce intercalaire peut subir un traitement de surface, avant montage, renforçant sa résistance. Le traitement peut notamment concerner la portion radiale 54. Il n'est donc pas nécessaire d'appliquer un traitement de ce genre à la couronne ou à la membrure.
En variante, comme le montre la figure 4, la pièce intercalaire 50a se prolonge par une partie formant déflecteur 56, vers l'intérieur. Dans l'exemple, cette partie a une forme sensiblement conique. Ainsi, en cas de fuite résiduelle, l'air chaud ne vient plus frapper localement le carter intérieur mais se diffuse dans la chambre 58 définie entre le carter et le support d'aubes.

Claims (7)

  1. Turbomachine comprenant au moins deux sous-ensembles assemblés l'un à l'autre et définissant entre eux une chambre annulaire (18) abritant un joint d'étanchéité, caractérisée en ce que deux parties annulaires en contact appartenant respectivement aux deux sous-ensembles et définissant ladite chambre sont sollicitées l'une vers l'autre, de façon connue en soi, avec contrainte axiale et en ce qu'une pièce intercalaire annulaire (50) est insérée entre leurs surfaces en aboutement.
  2. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite contrainte axiale entre les deux parties annulaires précitées est comprise entre 1,5 et 3 mm, de préférence voisine de 2,25 mm.
  3. Turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite pièce intercalaire (50) est conformée pour augmenter la surface de contact à l'extrémité d'au moins l'une des parties annulaires.
  4. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'une des parties annulaires comporte une portion cylindrique (42) et en ce que ladite pièce intercalaire comporte une surface cylindrique (52) s'ajustant sur ladite portion cylindrique et une portion radiale (54) prenant appui contre une surface plate (45) de l'autre partie annulaire.
  5. Turbomachine selon la revendication 4, caractérisée en ce que la section radiale de ladite pièce intercalaire (50) est en forme de L.
  6. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite pièce intercalaire se prolonge par une partie formant déflecteur (56).
  7. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux sous-ensembles constituent respectivement un carter et un élément de stator.
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